Java多线程笔记

快来打我* 2023-09-24 14:12 15阅读 0赞

![在这里插入图片描述][e1b629d3fa2e483c9f75db0c6f545c7d.jpeg_pic_center]

> 给自己一个希望，不为昨天烦恼，不为明天迷惘，只为今天更美好；

### 一、概述 ###

--------------------

**1、什么是进程？**

*  可以把进程理解成一个在内存中运行的应用程序。
 *  每个进程都有自己独立的一块内存空间。
 *  进程不依赖于线程而独立存在，一个进程中可以启动多个线程。

例如 当我们点击IDEA.exe可执行文件时，后台便会在内存中创建一个进程。

![2c0eef737ace4e498d54fdf3dc5829dd.png][]

**2、什么是线程？**

*  线程 *(thread)* 是进程的一个子程序（模块）。
 *  线程是进程的一条执行路径/执行单元。
 *  线程也有独立的内存空间。

**3、并行、并发**

并行: 同一时刻,多个程序同时执行。  
![c5968819c8af412ebeb9f4da75a3168e.png][]

并发: 同一时间段,多个程序交替执行。  
![5be25e8e4f554c62ae81ce19c21937ab.png][]

**4、线程调度的原理**

*  分时调度：为每个线程分配相同的执行时间。
 *  抢占式调度：CPU优先执行优先级别高的线程，多个相同优先级的线程，CPU就随机选择一个执行。
 *  线程执行需要CPU资源，多个线程抢夺CPU资源，谁抢到谁就先执行。

**5、什么是多线程?**

*  多进程是指操作系统能同时运行多个任务（应用程序）。
 *  多线程是指一个进程中同时有多个执行路径正在执行（可以将耗时任务放后台执行，同时我们执行其他的操作）。

单线程：

![在这里插入图片描述][0dd1d406b36c482a90adfb1d43b2d884.png]

多线程：

![在这里插入图片描述][e8e50cf5100e4f2a9c3d38040abcf8d1.png]

**6、多线程用在哪里，有什么好处？**

*  12306、百度网盘、消息通信、淘宝、京东系统等都离不开多线程技术。
 *  好处：可以解决负载均衡问题，充分利用CPU的资源，为了提高CPU的使用率，才用多线程的方式去同时完成几件事情而不互相干扰。

### 二、多线程的创建 ###

--------------------

#### 方式一、继承Thread类 ####

步骤如下：

1、首先定义一个类MyThread，去继承线程类`java.lang.Thread`，然后重写run()方法。  
2、创建MyThread类的对象。  
3、调用线程对象的start()方法启动线程 *（启动后还是执行run方法）*

Thread类的构造器：  
![在这里插入图片描述][2fd53f751b134a2fbe9f8466f1e3e7fd.png]

public class ThreadDemo1 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            // 3、new一个线程类对象
            Thread t = new MyThread();
            // 4、启动线程 （执行的还是run方法）
            t.start();
    
    
            // main方法代表主线程
            for (int i = 0; i < 5 ; i++) {
        
                System.out.println("主线程执行输出:"+i);
            }       
        }
    }
    
    /**
     * 1、定义一个线程类
     */
    class MyThread extends Thread{
        
    
        /**
         * 2重写run方法,run方法里面定义线程要干什么
         */
        @Override
        public void run() {
        
            for (int i = 0; i < 5 ; i++) {
        
                System.out.println("子线程执行输出:"+i);
            }
        }
    }

![在这里插入图片描述][c94debc49aa642d89265f12765e9c3fb.png]  
**方式一的优缺点：**

*  优点：编码简单 。
 *  缺点：存在单线程的局限性，因为Java是单继承的，即线程类继承Thread后，不能继承其他类，不便于扩展。

**问题1、为什么不直接调用了run方法，而是调用start方法启动线程？**

*  直接调用run方法会当成普通方法执行(对象.方法)，此时还是相当于单线程执行。

![在这里插入图片描述][7b60b8483e58436db3b3f643ead8c722.png]

*  只有调用start方法才是启动一个新的线程执行。

源码分析：

![在这里插入图片描述][d43294ba05804712bd04428b3ea200a8.png]  
![在这里插入图片描述][2c4c82459c7e4208b7baf6240a0d75e7.png]

start()方法中有个native修饰的start0()，它是本地方法，是JVM调用，底层是c/c++实现。所以说：**真正实现多线程的效果，是start0()，而不是 run()**。

![在这里插入图片描述][06e93dc811b744fc886dcc06810b465a.png]

**Java 是跨平台的**，可以在不同系统上运行，每个系统的 CPU 调度算法不一样，所以就需要做不同的处理，这件事情就只能交给 JVM 来实现了，**start0() 方法自然就表标记成了 native**。

**问题2、为什么不要把主线程任务放在子线程之前？**

*  这样主线程一直是先跑完的，相当于是一个单线程的效果。

![在这里插入图片描述][2f842932a90e46468f35dff39b64cd42.png]

总结：

*  继承Thread类
 *  重写run方法
 *  创建线程对象
 *  调用start()方法启动线程。

#### 方式二、实现Runnable接口 ####

步骤如下：

1、定义一个线程任务类MyRunnable实现Runnable接口，重写run()方法。  
2、创建MyRunnable任务对象。  
3、把MyRunnable任务对象交给Thread(线程)处理。  
4、调用线程对象的start()方法启动线程。

//线程类
    public class MyThread implements Runnable{
        
        @Override
        public void run() {
        
            for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"---------------"+i);
                // try {
        
                //     Thread.sleep(1000);
                // } catch (InterruptedException e) {
        
                //     e.printStackTrace();
                // }
            }
        }
    }

// 测试类
    public class Demo01Runnable {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Thread thread1 = new Thread(new MyRunnable());
            Thread thread2 = new Thread(new MyRunnable());
            Thread thread3 = new Thread(new MyRunnable());
            
            thread1.setName("我是线程一");
            thread2.setName("我是线程二");
            thread3.setName("我是线程小三");
    
            thread1.start();
            thread2.start();
            thread3.start();
        }
    }

![在这里插入图片描述][9c2531c7f43d485fb246a298c5a58638.png]

底层执行原理：

// Runnable接口源码
    @FunctionalInterface
    public interface Runnable {
        
        /**
         * When an object implementing interface <code>Runnable</code> is used
         * to create a thread, starting the thread causes the object's
         * <code>run</code> method to be called in that separately executing
         * thread.
         * <p>
         * The general contract of the method <code>run</code> is that it may
         * take any action whatsoever.
         *
         * @see     java.lang.Thread#run()
         */
        public abstract void run();
    }

// Thread类部分源码
    public class Thread implements Runnable {
        
        /* What will be run. */
        private Runnable target; //用于接收Runnable接口实现类对象
         
         //无参构造器
         public Thread() {
        
            init(null, null, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
        }
    	
    	// 有参构造器,参数为：Runnable 接口实现类
    	 public Thread(Runnable target) {
        
            init(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
        }
    	
    	// 用当前的AccessControlContext初始化一个线程
    	private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name, long stackSize) {
        
            init(g, target, name, stackSize, null, true);
        }
        
    	// 初始化一个线程
    	private void init(ThreadGroup g, Runnable target, String name,long stackSize, AccessControlContext acc,boolean inheritThreadLocals) {
        
    	     ...
    	     this.target = target; // 将Runnable 接口实现类对象赋值给成员变量
    	     ...
    	 }
    
        // 启动线程的方法
        public synchronized void start() {
        
    	   start0(); 
           ...
       }
    
       // start0是本地方法,底层是C++实现的,然后调用系统资源,以多线程的方式调用run()方法
       private native void start0();	
    
    	// 在run()方法中指定线程要执行的任务
    	// 又因为Runnable接口实现类重写了这个方法,所以他走Runnable接口实现类的run()方法
        @Override
        public void run() {
        
            if (target != null) {
        
                target.run();
            }
        }
    }

**方式二的优缺点：**

*  优点：线程任务类只是实现接口，可以继续继承类和实现其他接口，扩展性强。
 *  缺点：编程多了一层对象包装，如果线程有执行结果是不能直接返回的。（void修饰的方法）

**实现Runnable接口（匿名内部类方式）：**

1、可以创建Runnable的匿名内部类对象。

2、交给Thread处理。

3、调用线程对象的start()方法启动线程。

public class ThreadDemo3 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
    
            // 1、创建Runnable的匿名内部类对象
            Runnable runnable = new Runnable() {
        
                @Override
                public void run() {
        
                    System.out.println("子线程启动1");
                }
            };
            // 2、交给Thread处理
            Thread t = new Thread(runnable);
            // 3、启动线程
            t.start();
    
    
            /*
                第二种写法:通过Thread构造器入参匿名内部类方式创建
             */
            new Thread(new Runnable() {
        
                @Override
                public void run() {
        
                    System.out.println("子线程启动2");
                }
            }).start();
    
    
    
            /*
                  第三种写法：使用lambda表达式简化内部类
             */
            new Thread(() -> {
        
                System.out.println("子线程启动3");
            }).start();
    
    
            // main方法代表主线程
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
        
                System.out.println("主线程执行输出:" + i);
            }
        }
    }

#### 方式三、实现Callable接口 （ JDK5.0新增的） ####

1、**前两种线程创建方式都存在一个问题:**

*  他们重写的run方法均不能直接返回结果。（void修饰）
 *  不适合需要返回线程执行结果的业务场景。

2、**怎么解决这个问题？**

*  JDK5.0提供了Callable和FutureTask来实现。

3、**实现Callable接口、结合FutureTask完成线程创建，步骤如下：**

(1) 得到任务对象。

*  定义一个类去实现Callable接口，重写call方法，封装要做的事情。
 *  用FutureTask把Callable对象封装成线程对象。

(2) 把线程任务对象交给Thread处理。

(3) 调用Thread的start方法启动线程，执行任务。

FutureTask的API：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">方法</th> 
   <th align="left">功能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>public FutureTask(Callable&lt;V&gt; call)</code></td> 
   <td align="left">把Callable对象封装成 FutureTask 对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left"><code>public V get()</code></td> 
   <td align="left">获取线程执行call方法返回的结果</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

import java.util.concurrent.Callable;
    import java.util.concurrent.FutureTask;
    
    /**
     * 实现Callable接口、结合FutureTask完成线程创建
     *
     * @author 白豆五
     * @version 2022/11/13 19:26
     * @since JDK8
     */
    public class ThreadDemo4 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            // 3、创建Callable任务对象
            Callable<String> call1 = new MyCallable(10);
    
            // 4、把Callable任务对象交给FutureTask对象
            /*
                FutureTask的作用:
                    1、它是Runnable接口实现类对象,可以交给Thread对象
                    2、可以在线程执行完毕后,通过调用FutureTask的get方法得到线程执行完毕的结果
             */
            FutureTask<String> f1 = new FutureTask<String>(call1);
    
            // 5、交给线程处理
            Thread t1 = new Thread(f1);
    
            // 6、启动线程
            t1.start();
    
    
    
            /*
                 再次启动线程
             */
            Callable<String> call2 = new MyCallable(100);
            FutureTask<String> f2 = new FutureTask<String>(call2);
            Thread t2 = new Thread(f2);
            t2.start();
    
    
            try {
        
                // 如果f1任务没有执行完毕，这里的代码会等待，直到线程1跑完才提取结果。
                String res1 = f1.get();
                System.out.println("第一个结果:" + res1);
            } catch (Exception e) {
        
                e.printStackTrace();
    
            }
    
            try {
        
                // 如果f2任务没有执行完毕，这里的代码会等待，直到线程2跑完才提取结果。
                String res2 = f2.get();
                System.out.println("第二个结果:" + res2);
    
            } catch (Exception e) {
        
                e.printStackTrace();
    
            }
        }
    }
    
    /**
     * 1、定义一个任务类，实现Callable接口,应该声明线程任务执行完毕后返回结果的数据类型。
     */
    class MyCallable implements Callable<String> {
        
    
        private int n;
    
        // 使用构造器,为变量n赋值
        public MyCallable(int n) {
        
            this.n = n;
        }
    
        /**
         * 2、重写call方法（任务方法）
         *
         * @return
         * @throws Exception
         */
        @Override
        public String call() throws Exception {
        
            /*
               需求:求1到n的和
             */
            int sum = 0;
            for (int i = 1; i <= n; i++) {
        
                sum += i;
            }
    
            return "子线程执行的结果是:" + sum;
        }
    }

![在这里插入图片描述][99df726fef08469684f2934a44860098.png]

**方式三的优缺点：**

*  优点：
    
     *  线程任务类只是实现接口，可以继续继承类和实现其他接口，扩展性强。
     *  可以在线程执行完毕后去获取线程执行的结果。
 *  缺点：编码复杂一点。

**三种方式的对比：**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">定义方式</th> 
   <th align="left">优点</th> 
   <th align="left">缺点</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">继承Thread类</td> 
   <td align="left">编程比较简单，可以直接使用Thread类中的方法</td> 
   <td align="left">扩展性较差，不能再继承其他的类，不能返回线程执行的结果</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">实现Runnable接口</td> 
   <td align="left">扩展性强，实现该接口的同时还可以继承其他的类</td> 
   <td align="left">编程相对复杂，不能返回线程执行的结果</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">实现Callable接口</td> 
   <td align="left">扩展性强，实现该接口的同时还可以继承其他的类。可以得到线程执行的结果</td> 
   <td align="left">编程相对复杂</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 三、Thread类的常用方法 ###

--------------------

*  Thread常用方法：获取线程名称getName()、设置名称setName()、获取当前线程对象currentThread()。
 *  至于Thread类还提供了: yield、join、interrupt、不推荐的方法stop、守护线程、线程优先级等线程的控制方法，在开发中很少使用。

> 1、Thread类构造器

![在这里插入图片描述][f73cb882731640829c8e91a470992468.png]

> 2、设置和获取线程的名字

*  `String getName()` ： 返回此线程的名称。
 *  `void setName(String name)`: 修改此线程的名称。

> 3、获取当前线程的对象

![在这里插入图片描述][2cd3fc33a9b04153ab3695d3295bb2a2.png]

Thread.currentThread()； //获取当前线程的对象

> 4、线程休眠的方法

`static void sleep(long millis)`: 让当前线程休眠指定的时间后再继续执行，单位为毫秒。

> 5、线程任务方法、线程启动方法

*  `public void run()` ：线程任务方法。
 *  `public void start()` ：线程启动方法。

### 四、线程安全 ###

--------------------

线程安全问题：当多个线程同时操作同一个共享资源的时候可能会出现业务安全问题，称为线程安全问题。

线程安全出现的原因： 存在多线程并发，同时访问共享资源，存在修改共享资源。

示例: 模拟三个窗口共卖100张票

//1.定义类实现Runnable接口
    public class MySellTicketTask implements Runnable {
        
    	// 票数
        private int num = 100;
    
        // 2.Runnable接口的实现类,覆盖重写run方法,指定线程任务
        @Override
        public void run() {
        
            while (true) {
        
                //(1)判断是否有票
                if (num > 0) {
        
                    //模拟出票的时间
                    try {
        Thread.sleep(100);}catch (Exception e){
        e.printStackTrace();}
                    //(2)有票: 打印输出一张票
                    String threadName = Thread.currentThread().getName();
                    System.out.println(threadName + "卖出第 " + num + " 张票...........");
                    //(3)票的数量减少1张
                    num--;
                }
    
            }
        }
    }

public class Demo01Tickets {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //3.创建Runnable接口的实现类的对象,线程任务对象
            MySellTicketTask task = new MySellTicketTask();
    
            //4.创建3个线程对象,构造方法发传递线程任务对象
            Thread t1 = new Thread(task,"手机App");
            Thread t2 = new Thread(task,"网站");
            Thread t3 = new Thread(task,"前台");
    
            //5.这3个线程对象分别调用start方法,开启线程
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
        }
    }

![在这里插入图片描述][9005ea8068fa4b9395755c033592e00e.png]

### 五、线程同步 ###

--------------------

**线程同步：为了解决线程安全问题。**

**如何保证线程安全？** 让多个线程实现先后依次访问共享资源，这样就解决了安全问题。

**线程同步的核心思想：**

*  加锁，把共享资源进行上锁，每次只能进入一个线程，执行完毕后自动解锁，然后其他线程才能进来。

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#### 方式一、同步代码块 ####

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**1、同步代码块的作用：** 把出现线程安全问题的核心代码给上锁。

**2、同步代码块的原理：** 每次只能一个线程进入，执行完毕后自动解锁，其他线程才可以进来执行。

语法格式如下：

synchronized(同步锁对象){
        
    	操作共享资源的代码(核心代码)
    }

*  **锁对象要求：** 只要对于当前同时执行的线程来说是同一个对象即可。

**3、锁对象用任意唯一的对象好不好呢?**

*  不好，会影响其他无关线程的执行。

@Override
    public void run() {
        
        while (true) {
        
            //使用同步代码块,解决线程安全问题
            synchronized (this) {
        
                //(判断是否有票
                if (num > 0) {
        
                    //延时模拟出票的时间
                    try {
        Thread.sleep(10);}catch (Exception e){
        e.printStackTrace();}
                    // 打印输出一张票
                    String threadName = Thread.currentThread().getName();
                    System.out.println(threadName + "卖出第 " + num + " 张票...........");
                    //票的数量减少1张
                    num--;
                }
            }
        }
    }

**4、锁对象的规范要求：**

*  规范上：建议使用 **“共享资源”** 作为锁对象。
 *  对于 **“实例方法”** 建议使用`this`作为锁对象。
 *  对于 **“静态方法”** 建议使用字节码（`类名.class`)对象作为锁对象。

> 总结

1、同步代码块是如何实现线程安全的?

*  对出现问题的核心代码使用`synchronized=`进行加锁
 *  每次只能一个线程占锁进入访问

2、同步代码块的同步锁对象有什么要求?

*  对于 **“实例方法”** 建议使用`this`作为锁对象。
 *  对于 **“静态方法”** 建议使用字节码（`类名.class`)对象作为锁对象。

#### 方式二、同步方法 ####

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1、**同步方法的作用：** 把出现线程安全问题的核心方法给上锁。

2、**同步方法的原理：** 每次只能一个线程进入，执行完毕以后自动解锁，其他线程才可以进来执行。

格式如下：

修饰符 synchronized 返回值类型 方法名称(形参列表){
        
    	操作共享资源的代码
    }

示例：

@Override
    public synchronized void run() {
        
        while (true) {
        
           //(判断是否有票
           if (num > 0) {
        
               //延时模拟出票的时间
               try {
        Thread.sleep(10);}catch (Exception e){
        e.printStackTrace();}
               // 打印输出一张票
               String threadName = Thread.currentThread().getName();
               System.out.println(threadName + "卖出第 " + num + " 张票...........");
               //票的数量减少1张
               num--;
           }
       }
    }

3、**同步方法底层原理：**

*  同步方法其实底层也是有隐式锁对象的，只是锁的范围是整个方法代码。
 *  如果方法是实例方法：同步方法默认用`this`作为的锁对象。但是代码要高度面向对象!
 *  如果方法是静态方法：同步方法默认用`类名.class`作为的锁对象。

> 总结

1、同步方法是如何保证线程安全的?

*  对出现问题的核心方法使用`synchronized`修饰加锁。
 *  每次只能一个线程占锁进入访问。

2、同步方法的同步锁对象的原理?

*  对于实例方法默认使用`this`作为锁对象。
 *  对于静态方法默认使用`类名.class`对象作为锁对象。

#### 方式三、lock锁 ####

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> Lock锁概述

*  为了更清晰的表达如何加锁和释放锁，JDK5以后提供了一个新的锁对象Lock，更加**灵活**、方便。
 *  Lock接口在juc包(并发包: java.util.concurrent)里面。
 *  Lock实现提供比使用synchronized方法和语句可以获得更广泛的锁定操作。
 *  Lock是接口不能直接实例化，这里采用它的实现类ReentrantLock来构建Lock锁对象。

> ReentrantLock类的构造器

![在这里插入图片描述][ba56d025203c4539bdd2ad8da5b0f246.png]

> Lock接口的API

![在这里插入图片描述][a24a2ee36f544c458d4cf766298286d9.png]

*  lock()：获取锁；
 *  unlock()：释放锁；

/*
        使用Lock锁对象替换同步代码块
     */
    @SuppressWarnings("All")
    public class MySellTicketTask05 implements Runnable {
        
        //多个线程共享的数据
        private int num = 100;
    
        //使用Lock锁对象替换同步代码块
        //保证锁对象的唯一性
        private Lock lock = new ReentrantLock();//多态
    
        @Override
        public void run() {
        
            //死循环
            while (true) {
        
                //获取锁: 上锁 <================
                lock.lock();
    
                //(2)有票: 打印输出一张票
                //模拟出票的时间
                try {
        
                    //(1)判断是否有票
                    if (num > 0) {
        
                        Thread.sleep(10);
                        String threadName = Thread.currentThread().getName();
                        System.out.println(threadName+"卖出第 " + num + " 张票....");
                        //(3)票的数量减少1张
                        num--;
                    }
                } catch (Exception e) {
        
                    e.printStackTrace();
                } finally {
        
                    //释放锁  <================
                    lock.unlock();
                }
            }
        }
    }
    //测试类
    public class Demo05Lock {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            //创建线程任务对象
            MySellTicketTask05 task = new MySellTicketTask05();
            //创建线程对象,传递线程任务对象,指定线程名称
            Thread t1 = new Thread(task, "窗口");
            Thread t2 = new Thread(task, "手机APP");
            Thread t3 = new Thread(task, "网站");
            //调用start方法开启线程
            t1.start();
            t2.start();
            t3.start();
        }
    }

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### 六、死锁及线程状态 ###

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> 线程状态

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">线程状态</th> 
   <th align="left">导致状态发生条件</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">NEW(新建)</td> 
   <td align="left">线程刚被创建，但是并未启动。还没调用start方法。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Runnable(可运行)</td> 
   <td align="left">线程可以在java虚拟机中运行的状态，可能正在运行自己代码，也可能没有，这取决于操作系统处理器。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Blocked(锁阻塞)</td> 
   <td align="left">当一个线程试图获取一个对象锁，而该对象锁被其他的线程持有，则该线程进入Blocked状态；当该线程持有锁时，该线程将变成Runnable状态。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Waiting(无限等待)</td> 
   <td align="left">一个线程在等待另一个线程执行一个（唤醒）动作时，该线程进入Waiting状态。进入这个状态后是不能自动唤醒的，必须等待另一个线程调用notify或者notifyAll方法才能够唤醒。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Timed Waiting(计时等待)</td> 
   <td align="left">同waiting状态，有几个方法有超时参数，调用他们将进入Timed Waiting状态。这一状态将一直保持到超时期满或者接收到唤醒通知。带有超时参数的常用方法有Thread.sleep 、Object.wait。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Teminated(被终止)</td> 
   <td align="left">因为run方法正常退出而死亡，或者因为没有捕获的异常终止了run方法而死亡。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

//TODO …

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[a24a2ee36f544c458d4cf766298286d9.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/a24a2ee36f544c458d4cf766298286d9.png
[9eb088ee4a3e4bb19cf21ca5f97367e1.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/9eb088ee4a3e4bb19cf21ca5f97367e1.png